车辆悬架振动分析

图1 车身振动模型文献[4]推导出的3个集中质量表达式为：轻型客车垂向振动与俯仰振动的耦合性分析图2 车身振动振型简图悬挂质量分配系数确定悬挂质量分配系数计算方法先假设悬挂质量分配系数为1，利用公式（2）计b 的值，式中m f ＇和m r ＇为前后悬架簧载质量实际测试值。

·m f ＇=b ·m r ＇ 用修正系数法计算车身绕横轴y 的转，K 1和K 为经验修正系数；对于单后轴=0.48，对于双后轴车辆K 1=0.5；K 的取值0.4，对于大型车辆取上限，小型车辆取下限。

y=（m f ＇+Km r ＇）a 2+（1-K 1）mr ＇b 2 再利用公式（4）（5）便可以计算出悬 挂质量分配系数ε。

y=（m f ＇+m r ＇）ρy 2工程应用以某车型为例，利用上述方法计算悬挂质量的分配系数。

整车承载量不同时，质量分配系数一般不同，文图3 整车多体模型图中的弹簧作用是控制模型在X方向、Y方向上和方向上的位移量，防止模型产生大的刚体位移。

仿真与试验分析在前后悬架上方车架模型上创建加速度测量点，并依次给前后轴一个Z向阶跃信号，观察车架上测量点位置处的振动加速度曲线，通过对比车架前后端加速度曲线来定性分析振动能量传递过程，并对前后悬架振动相关性进行分析。

并按照《GB 4783-84汽车悬挂图4 加速度传感器布置取空载工况时的仿真数据与试验数据进行对比，验证建模方法和仿真结果的准确性，为质心位置优化做准备，对比结果如图5和图6所示。

和图6可知，空载工况的试验结果与仿真结果吻合度较高，验证了建模方法和仿真结果的准确性，可以利用此模型进行优化分析。

空载工况，前后悬架振动试验结果如图7～8所示。

图5 前悬架对比结果图6 后悬架对比结果图7 空载工况前轮激励测试结果图8 空载工况后轮激励测试结果图9 满载工况前轮测试结果图10 满载工况后轮结果前后悬架幅值比在一定程度上反映了振动能量传递的大小，即悬架间的振动相关性。

汽车振动大作业一、汽车悬架系统振动模型汽车是一个复杂的振动系统，在振动分析的建模过程当中，要根据所分析的问题对汽车进行简化，建立相应的模型。

现在考虑汽车车身悬架的五自由度模型，如下图1所示，该模型主要考虑左右车辙的不平度差异和较小的轮胎阻尼而得到的，该模型中主要有车身的垂直、俯仰两个自由度和前后车轴质量两个垂直自由度，汽车座椅一个垂直自由度，系统共五个自由度，其中车身质量的垂直、俯仰两个自由度的振动对系统平顺性的影响较大，假设车身是具有垂直和俯仰两个自由度的刚体，其车身的质量和转动惯量分别为：h h I m 和，前后车轮质量、悬架参数和轮胎刚度的符合前加入了分别表示前(front)和后(rear)的下标“f ”和“r ”，如图1示：I(h) m2m(f)m(r)Z(b)abz4z5F(f)F(r)z2z3m1z1k1k2k3k4k5c1c2c3c4c5d图1 五自由度汽车悬架系统图1中：1z 表示前轮转动位移自由度；2z 表示车体垂直位移自由度；3z 1z 表示后轮转动位移自由度；4z 俯仰转动位移自由度；5z 表示驾驶员座椅垂向自由度；1m 表示驾驶员座椅质量；2m 表示车体质量；3)(m f m =表示前轮质量；4)(m r m =表示后轮质量；1k 表示座椅弹簧刚度;5,4,3,2k k k k 悬架弹簧刚度；1c 表示座椅弹簧阻尼；5,4,3,2c c c c 表示悬架弹簧阻尼；a 表示车身质心至前轴距离；b 车身质心至后轴距离，)(),(r F f F 分别为前后轮随机激励力。

二、运动微分方程由图1可得到下述理论值： (1) 系统的动能为：)(212121212121325125524423222211I m z m z m z m z I z m z m T i i i ==++++=∑= (1-2)(2) 系统的势能为：255244232532324223121))((21))((21)(21)(21)(21r F z k f F z k bz z z k az z z k dz z z k V -+-++-++-++-=(1-3)(3) 系统阻尼耗散的能量：55554454332353325332224232423111213121))(())(())(())(())((z c r F z c z c f F zc z bc z c z c z b z zc z dc z c z c z b z zc z dc z c z c zd z zc C ----+-+--+-+--+-+--= (1-4)由拉格朗日运动方程：)5,,2,1(0)()( ==-∂∂+∂∂-∂∂i F z Vz T z T dt d Qi ii i可得到多自由度的运动微分方程：)()()()(t F t Kz t z C t zM =++ 式中：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=543210000000000000000000m m m m m M ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+---++-------++---=533343223232221232113232132111110000c c bc c c c ac c bc ac c b c a c d bc ac dc dc c c bc ac dc c c c c dc c c C⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+---++-------++---=5333422232322212321132321321111100000k k ak k k k ak k bk ak k c k a k d bk ak dk dk k k bk ak dk k k k k dk k k K表一 汽车结构参数汽车结构参数数值1m —驾驶员座椅质量kg 65 2m —车体质量kg 7084m —右前、左前轮胎质量 kg 80 5m —左后、右后轮胎质量kg 80)(h I —转动惯量 21060m kg ⋅1k —座椅弹簧刚度m N /23071 32,k k —右前、左前悬架弹簧刚度 m N /20292 54,k k —左后、右后悬架弹簧刚度m N /128701c —座椅弹簧阻尼11500-⋅⋅m s N5432,,,c c c c —悬架弹簧阻尼11000-⋅⋅m s Na —车身质心至前轴距离m 5.1 b —车身质心至后轴距离m 75.0d -座椅到质心距离m 1875.0取汽车结构参数如表一所示，则可求得系统的质量矩阵，阻尼矩阵，刚度矩阵分别为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=800000080000001060000007080000065M⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----------=14808602898919326001490521521920292028989152195570939882432619326202923988262689230710043262029223071K⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----------=100001500100000100075010000150075023.286575.46825.2811000100075.468350015000025.28115001500C由特征方程0)(2=Φ-M K ω求得固有频率与振型。

1 绪论随着社会的发展和文明的进步，汽车作为一种交通工具，已成为人们出行的主要选择，汽车乘坐的安全性、舒适性已成为世人关注的焦点。

汽车作为高速客运载体，其运行品质的好坏直接影响到人的生命安全，因此，与乘坐安全性、舒适性密切相关的轿车动力学性能的研究就显得非常重要。

悬架系统汽车的一个重要组成部分，它连接车身与车轮，主要由弹簧、减震器和导向机构三部分组成。

它能缓冲和吸收来自车轮的振动，传递车轮与地面的驱动力与制动力，还能在汽车转向时承受来自车身的侧倾力，在汽车启动和制动时抑制车身的俯仰和点头。

悬架系统是提高车辆平顺性和操作稳定性、减少动载荷引起零部件损坏的关键。

一个好的悬架系统不仅要能改善汽车的舒适性，同时也要保证汽车行驶的安全性，而提高汽车的舒适性必须限制汽车车身的加速度，这就需要悬架有足够的变形吸收来自路面的作用力。

然而为了保证汽车的安全性，悬架的变形必须限定在一个很小的范围内，为了改善悬架性能必须协调舒适性和操作稳定性之间的矛盾，而这个矛盾只有采用这折衷的控制策略才能合理的解决。

因此，研究汽车振动、设计新型汽车悬架系统、将振动控制在最低水平是提高现代汽车性能的重要措施[1][2]。

1.1 车辆悬架系统的分类及发展按工作原理不同，悬架可分为被动悬架(Passive Suspension)、半主动悬架(Semi-Active Suspension)和主动悬架(Active Suspension)三种，如图1.1所示[3]。

（a）被动悬架 (b)全主动悬架 (c)半主动悬架图 1.1 悬架的分类图1.1中Mu为非簧载质，Ms为簧载质量，Ks为悬架刚度，Kt为轮胎刚度；C1为被动悬架阻尼，C2为半主动悬架可变阻尼，F为主动悬架作动力。

目前我国车辆主要还是采用被动悬架(Passive Suspension)。

其两自由度系统模型如图1.1(a)所示。

传统的被动悬架一般由参数固定的弹簧和减振器组成，其弹簧的弹性特性和减振器的阻尼特性不能随着车辆运行工况的变化而进行调节，而且各元件在工作时不消耗外界能源，故称为被动悬架。

第1篇一、实验目的本实验旨在通过实际测试和数据分析，了解汽车悬架系统的特性参数，包括弹簧刚度、阻尼系数、悬挂行程等，并分析这些参数对汽车行驶性能的影响。

通过实验，我们可以优化悬架系统设计，提高汽车的舒适性和操控稳定性。

二、实验原理汽车悬架系统是连接车轮与车架的部件，其主要功能是吸收和缓解道路不平引起的冲击，保证车身平稳，提高乘坐舒适性。

悬架系统的特性参数主要包括弹簧刚度、阻尼系数和悬挂行程等。

1. 弹簧刚度（k）：弹簧刚度是指弹簧单位变形量所需的力。

刚度越大，弹簧越难以变形，对冲击的吸收能力越强。

2. 阻尼系数（c）：阻尼系数是指阻尼器吸收能量的能力。

阻尼系数越大，阻尼器吸收能量越多，车身振动越小。

3. 悬挂行程（x）：悬挂行程是指车轮跳动时，悬挂系统相对车架的位移。

三、实验设备1. 汽车悬架测试台2. 力传感器3. 位移传感器4. 数据采集系统5. 计算机及软件四、实验步骤1. 搭建实验平台：将汽车悬架系统固定在测试台上，确保测试过程中的稳定。

2. 安装传感器：将力传感器和位移传感器分别安装在弹簧和悬挂行程上，用于测量弹簧刚度和悬挂行程。

3. 测试弹簧刚度：在汽车静止状态下，逐渐施加力，记录力传感器输出的力值和位移传感器输出的位移值，利用胡克定律计算弹簧刚度。

4. 测试阻尼系数：在汽车静止状态下，施加一定的频率和振幅的振动，记录力传感器输出的力值和位移传感器输出的位移值，利用阻尼比公式计算阻尼系数。

5. 测试悬挂行程：在汽车静止状态下，逐渐增加车轮跳动高度，记录悬挂行程。

五、实验结果与分析1. 弹簧刚度：实验结果表明，汽车悬架系统的弹簧刚度在1.5×10^5 N/m左右，符合一般汽车悬架系统的设计要求。

2. 阻尼系数：实验结果表明，汽车悬架系统的阻尼系数在0.1左右，符合一般汽车悬架系统的设计要求。

3. 悬挂行程：实验结果表明，汽车悬架系统的悬挂行程在20cm左右，符合一般汽车悬架系统的设计要求。

汽车悬架偏频计算公式汽车悬架是汽车核心的组成部分之一，负责缓解车辆行驶中所受到的不平衡，保障车辆在过弯、过坑、过障碍时稳定性与平稳性。

而悬架系统是否调整到合适的水平，则是影响车辆行驶质量的重要因素。

在悬架偏频计算中，也是有作为依据的公式，本篇文档将详细介绍这部分计算公式。

一、什么是悬架偏频悬架偏频又叫自然振荡频率，是指车辆在经过弯道、减速带等装置时，悬架系统所产生的振幅，但又不至于走到失控边缘的频率。

正常来说，悬架装置会随着车速以不同的频率自然振荡，达到平滑和安定的效果。

假如该频率与道路上的振动频率相同，则容易产生共振效应，从而导致车辆失控。

因此，保持悬架装置波动频率在适当区域内非常重要，在此情况下，悬架偏频计算公式应用到车辆悬架调整相当实用。

二、悬架偏频计算公式1、单簧片悬架偏频计算公式自然频率（Hz）= 1/ (2π)×√(2K/m)其中，K=弹簧刚度 / N/mm，m=有效质量 / kg2、双簧片悬架偏频计算公式1)前双簧片自然频率（Hz）= 1/ (2π)×√(2×K1×K2/ ((K1+K2)×m))其中，K1和K2=弹簧刚度 / N/mm，m=有效质量 / kg2)后双簧片自然频率（Hz）=(77/√(m+34))+1.15×(K1+K2)/400其中，K1和K2=弹簧刚度 / N/mm，m=有效质量 / kg三、悬架偏频公式的引用悬架偏频计算公式被广泛运用于汽车研发、改装、维修等领域。

这个公式可以帮助工程师们轻松的计算出悬架系统的频率，从而确定悬架的组合，及调整方案。

在制造商进行悬架的设计和生产调试中，也是需要考虑悬架偏频计算公式的。

四、计算项的解读1、弹簧刚度弹簧刚度是指弹簧插入悬架系统的位置产生的弹性变形量。

具有弹簧刚度较大的系统意味着在给定的位移下牵引力变化较大，换言之是劝告能够包容较大的载荷，这也意味着车身的担负能力更强，对在起伏路面的操控更为适用。

汽车悬架的检测悬架装置是汽车底盘的一个重要装置，通常由弹性元件、导向装置和减振器三部分组成。

汽车悬架系统的故障将直接影响汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性。

因此，悬架装置的技术状况和工作性能，对汽车整体性能有着重要影响。

所以，检测悬架装置的工作性能是十分重要的。

汽车悬架装置工作性能的检测方法有经验法、按压车体法和试验台检测法三种类型。

经验法是通过人工外观检视的方法，主要从外部检查悬架装置的弹簧是否有裂纹，弹簧和导向装置的连接螺栓是否松动，减振器是否漏油、缺油和损坏等项目。

按压车体法既可以人工按压车体，也可以用试验台的动力按压车体。

按压使车体上下运动，观察悬架装置减振器和各部件的工作情况，凭经验判断是否需要更换或修理减振器和其他部件。

检测台能快速检测、诊断悬架装置工作性能，并能进行定量分析。

根据激振方式不同，悬架装置检测台可分为跌落式和共振式两种类型。

其中，共振式悬架装置检测台根据检测参数的不同，又可分为测力式和测位移式两种类型。

(一)悬架检测台的结构与检测方法1．悬架装置检测台的工作原理(1)跌落式悬架装置检测台测试中，先通过举升装置将汽车升起一定高度，然后突然松开支撑机构，车辆落下产生自由振动。

用测量装置测量车体振幅或者用压力传感器测量车轮对台面的冲击压力，对振幅或压力分析处理后，评价汽车悬架装置的工作性能。

(2)共振式悬架装置检测台如图4-14所示，通过试验台的电动机、偏心轮、蓄能飞轮和弹簧组成的激振器，迫使试验台台面及其上被检汽车悬架装置产生振动。

在开机数秒后断开电机电源，从而由蓄能飞轮产生扫频激振。

由于电机的频率比车轮固有频率高，因此蓄能飞轮逐渐降速的扫频激振过程总可以扫到车轮固有振动频率处，从而使台面—汽车系统产生共振。

通过检测激振后振动衰减过程中力或位移的振动曲线，求出频率和衰减特性，便可判断悬架装置减振器的工作性能。

图4-14共振式悬架检测台1-蓄能飞轮；2-电动机；3-偏心轮；4-激振弹簧；5-台面；6-测量装置测力式悬架装置检测台和测位移式悬架装置检测台，一个是测振动衰减过程中的力，另一个是测振动衰减过程中的位移量，它们的结构如图4-15所示。

第三节 悬架主要参数的确定一、悬架静挠度c f悬架静挠度凡是指汽车满载静止时悬架上的载荷Fw 与此时悬架刚度c 之比，即c f = Fw ／c 。

汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。

因现代汽车的质量分配系数ε近似等于1，于是汽车前、后轴上方车身两点的振动不存在联系。

因此，汽车前、后部分的车身的固有频率1n 和2n (亦称偏频)可用下式表示：π=2/111m c n π=2/222m c n (6-1)式中，1c 、2c 为前、后悬架的刚度(N ／cm)；1m 、2m 为前、后悬架的簧上质量(kg)。

当采用弹性特性为线性变化的悬架时，前、后悬架的静挠度可用下式表示111/c g m f c = 222/c g m f c =式中，g 为重力加速度(g=981 cm ／s ²)。

将1c f 、2c f 代人式(6-1)得到 11/5c f n = 22/5c f n = (6-2)分析上式可知：悬架的静挠度c f 直接影响车身振动的偏频n 。

因此，欲保证汽车有良好的行驶平顺性，必须正确选取悬架的静挠度。

在选取前、后悬架的静挠度值1c f 和2c f 时，应当使之接近，并希望后悬架的静挠度2c f 比前悬架的静挠度1c f 小些，这有利于防止车身产生较大的纵向角振动。

理论分析证明：若汽车以较高车速驶过单个路障，21/n n <1时的车身纵向角振动要比21/n n >1时小，故推荐取2c f =(O ．8～O ．9) 1c f 。

考虑到货车前、后轴荷的差别和驾驶员的乘坐舒适性，取前悬架的静挠度值大于后悬架的静挠度值，推荐．2c f =(O.6～O.8) 1c f 。

为了改善微型轿车后排乘客的乘坐舒适性，有时取后悬架的偏频低于前悬架的偏频。

用途不同的汽车，对平顺性要求不一样。

以运送人为主的轿车对平顺性的要求最高，大客车次之，载货车更次之。